Стратегии распределения данных

Стратегия распределения данных по узлам сети ЭВМ могут классифицироваться в зависимости от количества узлов, содержащих данные, и наличия дублирования информации. Допустимые стратегии определяются архитектурой системы и программным обеспечением системы управления базой данных. Особенности реализации стратегий распределения данных определяются обычно в процессе проектирования базы данных.

Существует четыре альтернативные стратегии распределения данных:

1. Централизация (единственная копия базы данных, расположена в одном узле),

2. Расчленение (единственная копня базы данных, непересекающиеся подмножеств распределены по различным узлам),

3. Дублирование (несколько копий базы данных, в каждом узле располагается полная копня всех данных),

4. Смешанная (несколько копий подмножеств базы данных, в каждом узле может содержаться произвольный фрагмент базы данных) [21].

Система управления распределенными базами данных, которая допускает только централизованное распределение, является простейшей, а система, допускающая смешанное распределение данных, — наиболее сложной. По сравнению с централизованной стратегией, стратегии расчленения и дублирования являются более сложными [4;17]. Стратегия расчленения предусматривает наличие лишь одной копии базы данных, хотя при этом необходимо точно знать, какие части базы данных расположены в каждом узле. Стратегия дублирования рассчитывает наличие в каждом узле полной копии базы данных, при этом все копии должны обслуживаться согласованно для обеспечения их полноты и целостности.

Смешанная стратегия соединяет в себе сложности двух других распределенных стратегии, но при этом она имеет гибкость и достоинства обеих стратегий. Для системы управления распределенными базами данных может потребоваться следить за изменением состояний копий каждого подмножества базы данных, а также за размещением каждой копии.

Главным преимуществом централизованной базы данных (рис. 4) является простота. Поскольку все операции реализуются под контролем одного единственного узла, то все проблемы и действия полностью понятны. Из-за того, что все данные размещаются в единственном узле, существует вторичная память, которая в этом узле ограничивает возможный размер базы данных. Все запросы на выборку и обновление данных направляются в центральный узел со всеми сопутствующими затратами на стоимость связи и временную задержку. База может быть недоступной для удаленных пользователей при появлении ошибок связи и полностью выходит из строя при отказе центрального сервера.

Рис. 4. Стратегия централизации распределения данных

При распределении данных на основе стратегии расчленения база данных распределяется по многим узлам сети, но существование копий отдельных частей базы данных не допускается. База данных разделяется на непересекающееся подмножества (логические фрагменты) и каждый логический фрагмент размещается в отдельном узле. Объем базы данных ограничивается объемом вторичной памяти, имеющейся во всей сети, анне в единственном узле [4]. Эффективность стратегии расчленения тем выше, чем выше степень локализации ссылок, то есть чем больше число запросов пользователей реализуется в базах данных соответствующих локальных информационных систем (рис.5).

Рис. 5. Стратегия расчленения распределения данных

Достоинствами данного метода являются увеличение объема базы данных; большинство запросов удовлетворяется локальными базами, что сокращает время ответа; увеличение доступности и надежности; снижение стоимости запросов на выборку и обновление по сравнению с централизованным распределением; система останется частично работоспособной, если выйдет из строя один сервер.

К недостаткам метода относится то, что часть удаленных запросов или транзакций могут потребовать доступ ко всем серверам, что увеличивает время ожидания и цену; необходимо иметь сведения о размещении данных в БД. Однако доступность и надежность увеличиваются. Расчлененные базы данных наиболее подходят к случаю совместного использования локальных и глобальных сетей ЭВМ [15].

При распределении данных с использованием стратегии дублирования (рис. 6) в каждом узле сети размещается полная копия базы данных, т.е. в каждом узле, в котором имеются данные, имеется вся база данных. Основное преимущество данной стратегии заключаются в высокой надежности, доступности и эффективности выборки. Недостатками стратегии дублирования являются повышенные требования к объему внешней памяти, усложнение корректировки баз, т.к. требуется синхронизация с целью согласования копий. К достоинствам стратегии относится то, что все запросы выполняются локально, благодаря чему обеспечивается быстрый доступ.

Рис. 6. Стратегия дублирования распределения данных

Смешанная стратегия распределения данных (рис. 7) объединяет подходы, связанные с расчленением и дублированием данных с целью приобретения преимуществ, которыми они обладают. Эта стратегия подразделяет базы данных на логические фрагменты, как это делается в стратегии расчленения, но в дополнение к этому дает возможность иметь произвольное количество физических копий каждого фрагмента, называемых хранимыми фрагментами.

Рис. 7. Стратегия смешанного распределения данных

Ключевым преимуществом этой системы является гибкость, т.к. можно установить компромисс между объемом памяти, используемой в целом и в каждом отдельном узле, для обеспечения надежности и эффективности работы. В этой стратегии легко реализуется параллельная обработка, т.е. обслуживание распределенного запроса или транзакции. Недостатком стратегии остается проблема взаимозависимости факторов, влияющих на производительность системы, ее надежность, повышаются требования к памяти.